内核数据结构list_head 常用函数解析

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#list #数据结构 #linux内核 #each #struct

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本文详细解析了Linux内核源码中的list_for_each和list_for_each_entry宏的实现原理及使用场景，包括它们的工作机制、内部细节以及如何在实际开发中高效地遍历链表。

list_for_each原型：

#define list_for_each(pos, head)\

for(pos = (head)->next,prefetch(pos->next); pos !=

(head); \

pos= pos->next,prefetch(pos->next))

它实际上是一个 for 循环，利用传入的 pos 作为循环变量，从表头 head 开始，逐项向后（ next

方向）移动 pos ，直至又回到 head （ prefetch() 可以不考虑，用于预取以提高遍历速度）。

注意：此宏必要把list_head放在数据结构第一项成员，至此，它的地址也就是结构变量

的地址。

list_for_each_entry：

在Linux内核源码中，经常要对链表进行操作，其中一个很重要的宏是list_for_each_entry：
意思大体如下：
假设只有两个结点，则第一个member代表head，
list_for_each_entry的作用就是循环遍历每一个pos中的member子项。

图1：
pos:                                        pos:
___________                          ____________
|                |                        |                  |
|                |                        |                  |
|   ...........    |                        |  ................  |
|                |                        |                  |
|                |                        |                  |
|  member: ___________> member |
|  {                                {                   |
|      *prev;  |                    |    *prev;      |
|      *next;--|----------               *next;-------------
|   }                            |                                     |
                                  |                         |
                                  |                                          |
                                  |                                         |
                                  |__________________|

宏list_for_each_entry:

406#define list_for_each_entry(pos,head, member) \
407 for (pos =list_entry((head)->next, typeof(*pos),member); \
408 prefetch(pos->member.next),&pos->member !=(head); \
409 pos =list_entry(pos->member.next, typeof(*pos),member))

复制代码
list_entry((head)->next, typeof(*pos),member)返回(head)->next物理指针所处位置向前减去offsetof()个字节数据之后,其父变量pos的物理地址,父变量的类型在编译时由typeof(*pos)自动返回.
所以list_for_each_entry遍历head下面挂接的类型为typeof(*pos)的childs结构体们,当然每个child结构体包含struct list_headnode之类相似的双向链表list_head类型项,就这样通过循环pos将依次指向双向链表上的各个child.(member就是child类型中被定义的变量名)

其中用到了函数list_entry():
这个函数的作用在图1中表示就是可以通过已知的指向member子项的指针，获得整个结构体的指针（地址）

334#define list_entry(ptr, type,member) \
335 container_of(ptr,type, member)

复制代码
和函数prefetch：

#define prefetch(x)__builtin_prefetch(x)

复制代码
其中用到了builtin_prefetch:
prefetch的含义是告诉cpu那些元素有可能马上就要用到，告诉cpu预取一下，这样可以提高速度
其中用到了函数container_of():

493#define container_of(ptr, type,member) ({ \
494 const typeof(((type *)0)->member ) *__mptr =(ptr); \
495 (type *)((char *)__mptr - offsetof(type,member) );})

其中又用到了offsetof（）函数：
lxr上找到的源码：

#define offset_of(type, memb)\
47 ((unsignedlong)(&((type *)0)->memb))

offsetof(TYPE, MEMBER)
该宏在Linux内核代码(版本2.6.22)中定义如下：
#define offsetof(TYPE, MEMBER) ((size_t) &((TYPE*)0)->MEMBER);
分析：
(TYPE *)0,将 0 强制转换为 TYPE 型指针，记 p = (TYPE *)0，p是指向TYPE的指针，它的值是0。那么p->MEMBER 就是 MEMBER这个元素了，而&(p->MEMBER)就是MENBER的地址，而基地址为0，这样就巧妙的转化为了TYPE中的偏移量。再把结果强制转换为size_t型的就OK了，size_t其实也就是int。
typedef__kernel_size_t size_t;
typedef unsigned int __kernel_size_t;
可见，该宏的作用就是求出MEMBER在TYPE中的偏移量